1951年，回国后的张存浩来到来成立不久的东北科研所大连分所工作。那时的中国石油资源十分短缺，因此通过科学方法为我国寻找制造液体燃料的研究，为中国摘掉“贫油国”的帽子，也就成为张存浩和同事们的目标。

　　在我国催化剂研究奠基人、研究所长张大煜的领导下，张存浩和同事们全力投入到从煤经过水煤气最终合成燃油的研究。

　　过去用的是稀少昂贵且催化效率很低的钴催化剂，英美等国当时着手研究铁催化剂，但具有积碳严重、催化剂寿命短等严重缺点。经过7年工作努力，张存浩及时扭转方向，与多位同行在短时间内研制出了高效氮化溶铁催化剂。

　　张存浩说：“当时美国人遇到严重困难，催化剂破碎严重。我们找到了一种基本不破碎的催化剂”，经过无数次大小实验和检测，张存浩研究团队做到在每立方米水煤气有效成分产率超过200克，显著超过当时国际上160克的最高水平，得到了比美欧同行更加显著的科研成果。

　　就在此时，大庆油田被发现，天然油更具成本优势，对于合成油的研究只能搁置。张存浩说：“当时没有什么不舍，后来想想如果当时接着做，可能会做得更好。”但年轻的中国科研人员没有选择，他们只能转向国家更需要的地方。

　　1959年，为了祖国的国防安全，张存浩作为科研团队的负责人，带领一群人进驻到一个山沟里，义无反顾地投入到对火箭推进剂的研究。

　　经过多年的努力，张存浩与他的同事们首次提出了固体推进剂燃速的多层火焰理论，比较全面完整地解释了固体推进剂的侵蚀燃烧和临界流速现象。还首次提出固体推进剂的多层火焰燃料理论，并建立理论模型。

　　对于自己在科学研究道路上的选择，张存浩无怨无悔，他曾这样解释说：“我觉得（我做的事情）个人兴趣和国家需要都有，有的时候一个占上风，另一个占下风。现在看起来，国家需要常常占上风。”

　　1973年，张存浩再次转行。这一次，张存浩自己提出要从事化学激光研究，得到国家有关部门的支持，发起组建了激光化学实验室，张存浩任主任。

　　据激光化学实验室第一批组员，现任中国科学院院士沙国河回忆道：“在他手下干事是非常有压力的，因为他非常着急，想尽快把化学激光搞上去。他也不说什么，但就是每天来检查工作，问你有什么进展。要是总没有进展的话，你自己也会不好意思的。”

　　由于张存浩急切想在激光方面做出点成绩来，他被科研人员起了个“张着急”的绰号。张存浩并不在意同事们给他起的绰号，一次，他问起这个事情时，在科研上一贯严格的他竟眯着眼睛笑着说：“我知道这个绰号，当时的确是有点着急，有些惭愧。”

　　经过张存浩、何国钟、沙国河、杨柏龄等科研人员的艰苦攻关，上世纪七十年代中期，我国自行研制的超音速燃烧型氟化氢、氟化氘激光器终于诞生。此项成果相当于当时美国发表的水平。

　　其实在上世纪八十年代初，我国的一些科学家对于研发激光器采用自由电子激光形式还是化学激光形式是有分歧的。

　　在北京召开的一次国家级激光研究的规划会议上，我国科学界的一些老前辈主张搞自由电子激光。作为参加会议的化学激光研制科学家，张存浩认为化学激光具有功率易于放大和不依赖外部能源等等独特优越性，更适合国家的战略需要。于是张存浩不顾人情关系，在会议上慷慨激昂的表示：“我只要你十分之一的经费，能做出比你更大的光，而且还能早出成果。”

　　由于张存浩的据理力争，化学激光的研究最终得到了中央决策层的支持。张存浩的预言也早已为事实所验证。

　　1983年，张存浩与庄琦、张荣耀等人开展脉冲氧碘化学激光器的研究，首次发展出光引发、放电引发脉冲氟碘化学激光器。激光器的技术水平处于世界领先地位。

　　1992年，张存浩领导的团队研制出我国第一台连续波氧碘化学激光器。

　　可以说，张存浩的选择和坚持，填补了我国在激光科技发展的空白，为我国在国际激光研究方面争取了主动，并站在此项科研领域的世界前列。现在化学激光已经应用到军事、航空、医药、民用等多个领域，张存浩院士也成为我国化学激光研究方面奠基人和领军人物。

　　现任中国科学院院士杜祥琬表示：“张存浩给化学激光在我国的初期发展争得了空间。…他为推动我国化学激光领域的快速发展发挥了至关重要的作用。”

　　对于自己在化学激光方面取得的成就，张存浩谦逊的表示：“我始终觉得，我们化学激光能有今天的成就，这个集体的力量是最重要的。也用不着客气，我只能做我所做的一部分，当然我还做一些组织工作。但是有许多重要的工作，是我的同事他们做出来的。缺了他们的努力，我想就很不完整，我也没法说就一定失败，（但）有可能不太成功。”

　　张存浩可以说从回国之后，从1951年参加工作之时起，就一直在中国科学院大连化学物理研究所工作。他历任副研究员、研究员、副所长，1986年任中国科学院大连化学物理所所长。 

　　1991年，张存浩被任命为国家自然科学基金委员会主任，在这个职务上，张存浩作为第二届、第三届的两届主任，干了9年。这样，张存浩从一个搞科研工作的科学家变成了侧重管理科学家的官员。

　　张存浩在任期间，非常重视基础科学研究和后备人才的培养。张存浩认为：“对人才作用强调，再怎么估计都不过分。”经过张存浩的申请，国务院在1994年支持基金会设立“国家杰出青年科学基金项目”，到现在为止，共有2000多位杰出青年科学家获得了资助。现在，这些人才已经成为中国基础研究领域的中坚力量，其中有100多位当选为两院院士。

　　从1951年到现在，60年来的科研岁月，张存浩收获了无数的名誉和奖项。

　　张存浩获得的主要奖项有（不包括张存浩与合作者共同获奖）：
　　1997年获中科院自然科学一等奖。
　　1997年获重大科技成果二等奖。
　　1997年获国家科技进步二等奖。
　　1999年获得陈嘉庚化学科学奖。
　　1999年获国家自然科学奖二等奖。
　　2000年获第八届陈嘉庚化学科学奖。
　　2002年获何梁何利科技进步奖。
　　2013年获得国家最高科学技术奖

　　张存浩获得的主要名誉有：
　　1980年当选为中国科学院院士（学部委员）。
　　1981年被聘为国务院学位委员会学科评议组成员。
　　1998年选为国务院学位委员会委员。
　　1984年当选为中国科学院化学部常委。
　　1992年当选为第三世界科学院院士。
　　1998年选为国务院学位委员会委员。

　　现在，著名物理化学家张存浩是现任现任全国政协常委、国家自然科学基金委员会名誉主任、中国科协副主席、中国科学院学部主席团成员、国家重点基础研究发展规划专家顾问组副组长、国际纯粹与应用化学联盟执行局成员、《光谱化学学报》(纽约-牛津)编委，以及北京大学、清华大学、南京大学、复旦大学等校兼职教授。
　　这些名誉都是张存浩盛名带来的衍生品。

　　但是，张存浩在中国科学界里，最能体现他本质的身份是中国高能化学激光奠基人和分子反应动力学奠基人，张存浩的名字将永远被人们所铭记。